一种含砷烟灰的电化学处理方法技术

本发明专利技术提供了一种含砷烟灰的电化学处理方法，所述含砷烟灰的电化学处理方法包括如下步骤：(1)将碱和溶剂或碱溶液与含砷烟灰混合，得到混合物；(2)将所述混合物作为电解质，置于电化学反应装置中进行电化学反应，所述电化学反应过程中向所述电解质中通入氧化性气体；(3)将步骤(2)得到的反应产物进行固液分离，得到含砷溶液。所述方法砷的提取率较高、清洁无污染、工艺条件温和、成本低并且对设备的要求低；不引入杂质，便于后续分离；所用碱浓度较低，降低碱耗；自动化程度高，可以减少人力投入，能带来很好的经济效益和社会效益，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种含砷烟灰的电化学处理方法
本专利技术属于污染物处理
，涉及一种含砷烟灰的电化学处理方法。
技术介绍
砷化合物是一类对生物体具有高毒性的化学物质，是国际公认的致癌因子，我国是遭受砷害十分严重的国家，造成了恶劣的社会影响。砷属于亲硫的类金属或半金属元素，在天然矿物中主要以硫化物、硫砷化物、砷化物以及砷酸盐等形式存在，其主要赋存在有色金属矿床中以其他金属的伴生矿产出，在冶炼或生产制造过程中富集，逐渐形成高毒性的含砷固体废弃物。砷在农业、电子、医药、冶金、化工等领域也具有特殊用途，可用于制取杀虫剂、木材防腐剂、玻璃澄清脱色剂等。在砷的冶炼及其化合物的生产使用过程中，大量的砷化物被引入环境，污染水源，危害人体健康。我国《工业企业卫生标准》规定：地面水中砷最高允许质量浓度为0.04mg/L，居民区大气中砷化物日平均最高允许质量浓度为0.003mg/m3。工业“三废”排放试行标准规定：砷及其无机化合物最高允许质量浓度为0.5mg/L。采用现代废水处理技术，含砷废水可以较易实现达标排放，然而冶炼过程产生的固体含砷废物以及处理废水、废酸产生的含砷沉渣等对环境的污染和危害目前还没有得到彻底根治，大量有价金属没有得到充分利用，含砷废物的排放现状与环保部门的要求仍相距甚远。长期以来含砷废物大多采用囤积贮存的方法处理，随着高浓度含砷废物越积越多，对其无害化处理成为亟待解决的问题。含砷废弃物主要来自于冶炼废渣、处理含砷废水和废酸得到的沉渣、电子工业的含砷废物以及电解过程中产生的含砷阳极泥等。目前国内外处理含砷废弃物的方法主要是固化法、火法焙烧、湿法浸出等回收方法等，处理条件苛刻、污染能耗大、砷提取率有限。近年来，将含砷废弃物视为二次资源再利用的湿法回收砷技术受到研究者更多关注。CN102249609A公开了一种含砷废渣固化体及其制备方法，将含砷废渣经过处理后与工业废渣和矿物激发材料配比，形成强度高、砷浸出率的固化体，将砷渣固定起来，安全可靠。CN102247964A公开了一种含砷废弃危险化学品的无害化处理工艺，将含砷废弃物氧化并采用氢氧化铁形成砷铁络合物，将砷沉淀下来，并混入水泥进行固化，达到了国家有关无害化标准。CN104357668A公开了一种含砷烟灰回收有价金属的方法，包括：(1)将污酸和白烟灰混合，控制pH值2.5～3.0，在温度为70～80℃条件下进行酸浸，过滤得浸出液和铅渣；(2)浸出液用锌粉进行置换铟，过滤得铟渣；(3)滤液依次经旋流电积脱砷、脱锌，得到砷渣和锌渣。但以上方法均未能利用含砷废渣中的砷等有价金属资源。CN105384224A公开了一种利用电催化还原空气氧生成活性氧降解有机废水的方法与装置：在电化学反应器内的阴极不断地通入空气(曝气)，在多种催化剂与阴极电流的共同作用下，协同反应生成大量的O3、自由基·OH、H2O2等活性氧，这些活性氧具有极强的氧化能力，进而直接氧化降解废水中的有机物，实现深度去除有机污染物的目的。其使用的阴极为难溶金属制作的网状篮或框，里面填充有大颗粒状的活性炭与氧还原催化剂，填充方法为活性炭与氧还原催化剂颗粒互混或者把活性炭与氧还原催化剂分层设置或者将氧还原催化剂通过化学反应负载到活性炭上，阴极活性炭中间由碳棒或金属导线引出连接至电源负极，所述氧还原催化剂由一种或多种主催化剂和辅助催化剂组成，所述主催化剂为过渡金属或者过渡金属与其氧化物的混合物，所述辅助催化剂为非金属单质或其氧化物或盐，所述氧还原催化剂的作用是：使空气氧侧面吸附到阴极活性炭表面并被还原成微活性氧；阴极活性炭的体积为该电化学反应器装置有效容积的10％-30％，所述非金属为氧、氮、磷、硫、硼中的任一种或多种。但是，所述方法仅适用于处理液相中存在的有机污染物，并且其需要使用特定的催化剂和辅助催化剂，对处理有毒固废并不适用，因此，适用范围较窄。另外，其没有公开该方法可用于处理含砷烟灰。白烟灰是金属冶炼过程中烟气收尘所得烟灰，为目前工业上极具代表性的碱性废弃物之一，其中不但含有Pb、Bi、Zn等重金属有价元素，同时含有As等有害元素，这种废弃物不及时处理，不但会造成严重的环境污染，也造成资源的浪费。现常用的处理方法为直接将烟灰直接返回熔炼系统处理；上述方法不仅降低闪速炉处理能力、恶化炉况，同时使炉料As等有害成分增多。因此，本领域需要开发一种新的含砷烟灰的处理方法，使得处理含砷烟灰的能耗低、砷提取率高、无污染、工艺条件温和以及对设备腐蚀小。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种含砷烟灰的电化学处理方法，所述方法砷提取率较高、无污染、工艺条件温和、成本低并且对设备的要求低。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种含砷烟灰的电化学处理方法，所述含砷烟灰的电化学处理方法包括如下步骤：(1)将碱、溶剂与含砷烟灰混合，或将碱溶液与含砷烟灰混合，得到混合物；(2)将所述混合物作为电解质置于电化学反应装置中，进行电化学反应，所述电化学反应过程中向所述电解质中通入氧化性气体；(3)将步骤(2)得到的反应产物进行固液分离，得到含砷溶液。本专利技术所述含砷烟灰的电化学处理方法利用了阳极电化学直接氧化和阴极产生活性氧的催化氧化(催化氧化反应发生在电极表面，是电极表面产生活性氧时发生的催化反应，所述活性氧由所述氧化性气体产生)的耦合作用，该反应降低了反应温度和反应介质——碱溶液的浓度，实现了在温和条件下将含砷废弃物中含砷物相的高效氧化分解，实现了砷的高效提取。所述电化学反应过程包含的化学反应有：O2+H2O+2e-→HO2-+OH-(1)As3++HO2-→As5++OH-(2)步骤(1)所述碱溶液可由碱和溶剂制得。步骤(1)中含砷烟灰可与碱溶液直接混合，也可与单独的碱和溶剂混合。步骤(1)所述含砷烟灰选自铜转炉白烟灰、铜冶炼闪速炉烟尘、高砷锡冶炼烟尘或含砷锌冶炼烟灰中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合如铜转炉白烟灰与铜冶炼闪速炉烟尘，高砷锡冶炼烟尘与含砷锌冶炼烟灰，铜转炉白烟灰、铜冶炼闪速炉烟尘与高砷锡冶炼烟尘。所述例举的含砷烟灰为典型的含砷烟灰，所述含砷烟灰也可为其它的含砷烟灰，在此不一一例举。优选地，步骤(1)所述含砷烟灰经过预处理后再与碱和溶剂或碱溶液混合。优选地，所述预处理包括机械活化和/或高温焙烧，所述高温焙烧的温度为700℃～800℃，如710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、780℃或790℃等。优选地，所述机械活化包括将含砷烟灰球磨20～60min，如25min、30min、40min、50min或55min等。所述球磨可在球磨机中进行。步骤(1)所述碱与溶剂的混合液或碱溶液中碱的浓度为0.01～10M，如0.03M、0.05M、0.08M、0.1M、0.3M、0.5M、0.8M、1M、1.5M、2M、2.5M、3M、3.5M、4M、4.5M、5M、5.5M、6M、7M、8M或9M等。优选地，步骤(1)所述碱溶液选自氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；所述碱选自氢氧化钠和/或氢氧化钾。步骤(1)所述含砷烟灰与碱和溶剂形成的混合液或碱溶液的固液比为0.1～100g/L，如0.3g/L、0.5g/L、0.8g/L、1g/L、2g/L、5g/L、8g/L、10g/L、1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含砷烟灰的电化学处理方法，其特征在于，所述含砷烟灰的电化学处理方法包括如下步骤：(1)将碱、溶剂与含砷烟灰混合，或将碱溶液与含砷烟灰混合，得到混合物；(2)将所述混合物作为电解质置于电化学反应装置中，进行电化学反应，所述电化学反应过程中向所述电解质中通入氧化性气体；(3)将步骤(2)得到的反应产物进行固液分离，得到含砷溶液。

【技术特征摘要】
1.一种含砷烟灰的电化学处理方法，其特征在于，所述含砷烟灰的电化学处理方法包括如下步骤：(1)将碱、溶剂与含砷烟灰混合，或将碱溶液与含砷烟灰混合，得到混合物；(2)将所述混合物作为电解质置于电化学反应装置中，进行电化学反应，所述电化学反应过程中向所述电解质中通入氧化性气体；(3)将步骤(2)得到的反应产物进行固液分离，得到含砷溶液。2.根据权利要求1所述的含砷烟灰的电化学处理方法，其特征在于，步骤(1)所述含砷烟灰选自铜转炉白烟灰、铜冶炼闪速炉烟尘、高砷锡冶炼烟尘或含砷锌冶炼烟灰中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述含砷烟灰经过预处理后再与碱和溶剂或碱溶液混合；优选地，所述预处理包括机械活化和/或高温焙烧，所述高温焙烧的温度为700℃～800℃；优选地，所述机械活化包括将含砷烟灰球磨20～60min。3.根据权利要求1或2所述的含砷烟灰的电化学处理方法，其特征在于，步骤(1)所述碱与溶剂的混合液或碱溶液中碱的浓度为0.01～10M；优选地，步骤(1)所述碱溶液选自氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；所述碱选自氢氧化钠和/或氢氧化钾。4.根据权利要求1～3之一所述的含砷烟灰的电化学处理方法，其特征在于，步骤(1)所述含砷烟灰与碱和溶剂形成的混合液或碱溶液的固液比为0.1～100g/L。5.根据权利要求1～4之一所述的含砷烟灰的电化学处理方法，其特征在于，步骤(2)所述电化学反应装置包括电解槽、工作电极和对电极；优选地，所述电解槽为常压电解槽；优选地，所述工作电极选自碳材料电极，对电极选自石墨电极或惰性电极；优选地，所述工作电极选自石墨棒、石墨板、碳毡电极或碳纤维电极；优选地，所述对电极选自石墨棒、石墨板或铂电极；优选地，所述工作电极和对电极的形态独立地选自棒状或板状；优选地，所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：金伟，薛玉冬，郑诗礼，张懿，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11